rssN0854-0675 100-104 ArtikelPenelitian:
JurnalSains& Matematika(JSM) Volume17Nomor2 April 2009 PENGARUH PERLAKUAI{ HCI PADA KRISTALINITAS ADSORPSI ZEOLIT ALAM TERIIADAP ION Ca2+
DAN
KEMAMPUAN
Pardoyo-,Listiana',Adi Darmawan' Semarang Laboratorium KimiaAnorganik, KimiaFMIPA,UNDIP,KampusTembalang acidtreatnentto to determine theinfluenceof hydrochloric ABSTRACT--Ithasbeendonea research the crystalinity and adsorption capability of natural zeolite to Ca2* ion. Activation process was conducted by refluxing of zeolite with KMnOa 0.5 M and HCI (1:1) for 4 hours with temperature of 80"C. The various concentrationof HCI soltrtions used were 4 M (AZl), 6 M (AZZ),8 M (AZ3) and l0 M (AZA). Crstalinity of zeolite was identified by X-Ray Diftaction CXRD) while the amount of adsorbed Ca2* ion was measured by Atomic Absorption Spectroscopy (AAS). The activated zeolite was applied to adsorb calcium metal ion using shaker for 5, 15, 60, 90 dan 120 minutes. The results showed that the increasing of HCI concentration for zeolite activation caused the decreasing of crystallinity of NZ, AZl, AZ2, AZ3 wrd AZ1 nunely 100%; 101.10%; 9l.9lo/o; 84.93o/oand 77.45o/orespectively. The adsorption percentage.of Ca2* ion from conc,entrationoriginally 698 ppm (within 60 minutes) for NZ, AZl, AZ2, AZ3 and AZ,4 was successively10.75 Vo; 20.91o/o;l:4.610/o; 19.63% and 24.07o/o.The results indicated that the decreasing of crystallinity of zeolite causedthe increasing of zeolite adsorption ability to Ca2*ion. Keywords : zeolite, crystallinity, adsorption, , Ca2*ion
PENDAHULUAI\ Znolit merupakan mineral aluminosilikat terhidrasi yang mengandung alkali atau alkali tanah dalam kerangka 3 dimensi.Mineral ini memiliki sejumlahsifat kimia dan fisika yang menarib diantaranya mampu menyerap zat organik maupun anorganik, dapat berlaku sebagai penukar katiorq dan sebegai katalis untuk berbagai reaksi. Zeolit al4m padaumumnyamempunyai kristalinitas yang tidak terlalu tinggi, ukuran porinya sangat tidak seragam, aktivitas kaalitiknya rendah, dan banyak mengandung pengotor.Oleh karenaitu perlu diaktivasi dan dimodifikasi sebelum digunakan. Perlakuan asam, hidrotermal, kalsinasi, oksidasi dan impregnasi akan meningkatkanrasio SilAl, keasaman dan luas zeolit (Setyawars204D. MenurutSetyawan(2002),perendaman zeolit alam dengan I{F l% dapat menghilangkanoksida pengotor tetapi tidak merusak struktur kristal mordenit sehingga kristalinitas zeolit meningkat.Penelitianyang dilakukanoleh Ismuyanto(1998)menunjukkan bahwa aktivasi zeolit dengan HCI mampu meningkatkan kernampuan adsorpsi zeolit
terhadap Alizarin Red sebesar 75% dibandingkanpencucianhanyadenganakuades. Sedangkanhasil penelitianDarmawan(2003) menuqjukanbahwaaktivasizeolit alamdengan cara merefluks dengan larutan HCI dapat meningkatkanrasio Si/Al yang menyebabkan peningkatan kemampuan adsorpsi, juga ditunjukkan bahwa konsentrasi HCI yang digunakan minimal 4 N dan kerusakan klinoptilolit akan semakin meningkat bila konsentrasiHCI ditingkatkanmenjadi6 N dan 8 N. Menurut penelitianyang telah dilakul€n oleh Grahamet al (1997), dealuminasizeolit dapat menyebabkanpenurunan kristalinitas zeolit. Pada penelitian yang dilakukan oleh Syarifudin dkk. (2004) zgolit alam Lampung dengan ukuran 20-30 mesh memiliki kemampuanyang besar dalam menyerapion Caz* sebagaisalah satu penyebabkesadahan air. Padapenelitianini zeolit yang akandi kaji adalah zeolit alam Bayah pada adsorpsi ion logam Ca2*. Pengaruhaktivasi dengan HCI terhadapzeolit alam Bayah pada konsentrasi yang berbedayakni 4 M, 6 M, 8 M dan l0 M terhadap kristalinitas zeolit alam dan kemampuanadsorpsi ion logam Ct* akan ditentukan.
Pardoyo, Li stiana, Adi D armawan: Pengaruh Perlalatst HC 1....
r00
Artikel Penelitian
METODE PEIIELITIAN Preparasidan Aktivasi Preparasi zeolit dimulai dengan mencuci zeolit berukuran100 mesh dengan akuades dan dilakukan pengeringan dalam oven. Untuk aktivasi, Zeolit 100 mesh sebanyak60 gram direfluks dengancampuran larutan KMnO4 0,5 M sebanyak100 mL dan HCI 4 M volume100mL (AZI) selama4 jam padatemperatur80'C (Filho,1995).Perlakuan yang sama dengan menggunakanHCI 6 M (AZZ),8 M (AZ3) dan 10 M (AZ4). Kemudian dilakukan penyaringandengan ker[as saring. 7-eolit hasil penyaringan kemudian dicuci dengan akuades hingga pH air bekas pencuciannya mendekati netral. Zeolit kemudiandikeringkandalam oven pada suhu 80oCselama12jam. Kristalinitas Unfuk menentukankristalinitas,sampel NZ, AZl, AZ2, AZ3 dan AZ4 dibuat pelet kemudiandianalisismenggunakaninstrumen XRD. ProsesAdsorpsi 7*olrt alam sebanyak I gram dimasukkandalam gelas beaker ditambah 15 mL sampel ion logam Ct* lo0 ppm dan dishakerselama5, 15, 60, 90 dan 120 menit. Kemudianzeolit disaringdengankertassaring. Filtrat yang diperotehdianalisis denganAAS untuk mengetahui penurunan kadar Ca2*. Dengancarayang samadilakukanuntuk zeolit aktivasi HASIL DAI{ PEMBAIIASAAI Kristalinitas Padakelima difraktogramtampakpola difraksi denganharga 20 dan harga d yaurrg hampir samadenganintensitasyang berbeda. lntensitas yang berbeda ini menu4iukkan bahwaprosesaktivasi denganasamkuat tidak merubah struktur zeolit, tetapi hanya sedikit mengurangikristalinitas zeolit. Difraktogram
J. Sains& Mat. Vol.17 No.2 April2009: 100-104
NZ, AZl, AZ2, AZ3, dan AZ4 dapatdilihat padagambar1. Dalam penelitian ini yang dimalaud denganzeolit sampeladalahzeolit yang telah diaktivasi denganHCI 4 M, 6 M, 8 M dan l0 M. Znolit alam sebagaistandardiasumsikan mempunyai kristalinitassebesar100 %. Hasil perhitunganlaistalinitas berdasarpadagambar I dapatdilihatpadatabel 1. KristalinitasZeolit Tabel 1. Prosentase No.
1 2 J
4 5
Sampel Zeoht % Kristalinitas
NZ AZl AZ2 AZ3 AZ4
100 101,10 91,9r 84,93 77,45
Pada tabel L zeolit yang diaktivasi denganHCI 4 M (AZ1) terlihat mempunyai tingkat kristalinitas lebih tinggi dibandingkan dengan zeolit alam (NZ) yakni mengalami peningkatan sebesar l,l0 %. Hal ini dimungkinkan pada AZl, larutan HCI yang ditambahkan hanya berfungsi untuk membersihkanpengotor-pengotor.Permukaan zeolit menjadilebih terbuk4 sehingga sinar-X yangdikenakanpadapermukaanzeolitAZI in terdifraksi sempurnadan tidak terhalangoleh pengotor, sehingga intensitasnyatinggi dan kristalinitasmenjaditinggi. Hal yang berbedatampak pada zeolit yang diaktivasi dengan HCI 6 M (AZZ). Kristalinitas AZ2 lebih rendah dibandingkan denganzeolit alam (NZ) yakni 9l,9lo/o, atau mengalami penurunan sebesar 8,09 %. Penurunankristalinitas kemungkinan karena adaAl yangkeluardari kerangkazeolit. Penurunan kristalinitas juga terjadi padaaktivasizeolit denganHCI 8 M (AZ3) dan 10 M (AZA), penurunannyaberturut-turut l5,07yodan22,55%.Padapenambahan HCI 8 M (AZ3) kemungkinanAl yang keluar dari kerangkazeolit lebih banyak,dan penambahan HCI 10 M (AZA) menyebabkanAl terekstrak dari kerangkazeolitpaling banyak.
l0 t
Artikel Penelitian
lil I : liiii!
*o*
{. I1 I i , . ri {. t-,.!tL"i t. - m * ii. p ! t \ , 1 i 'r \+ ,V7
#.q,
w
Tqt4._ry
.ry\/*\*vv-l'J
a c =
*T*
o O :
***
Ii i l , l lL ll. .i /!i ** '.'i v\l.'r''\t' w vu ,r 'v
w
m .l
m fr l
w
i; '{ ,,i r l ',l
. : ,1, ,'l fr'** 'Lr'Lryi.ry'\rY' ,q./r . rru,
w J,4u*,vr+ir'\.#u,qqi/J..
ZTheta (deg)
Gambar 1. Difraktogramsinar-Xzeolitalam(NZ) danzeolitteraktivasiAZI, AZ2, AZ3 danAZ4 Dealuminasi zeolit alam sebagai aluminosilikat dengan HCI dapat dipandang sebagaiprosespenggantianalumuniumdengan hidrogen yang melibatkanperubahanstrufttur aluminosilikatSi-O-Al menjadistruktursilika dalam bentuk gugus silanol -Si-OH. Semakin besar konsentrasiHCI yang digunakanuntuk
m€ngaktivasizeolit menyebabkanlaistalinitas zeolit relatif mengalami penurunan.Hal ini disebabkanoleh penambahankonsentrasiHCI yang semakin besar dan menyebabhn dealuminasi (Al yang keluar dari kerangka zeolit) semakinbanyak.Denganlepasnyaatom Al yangsemakinbanyakdari kerangkastruktur
rcz
Artikel Penelitian
zeolit menyebabkandekristalisasiyang akan mengakibatkanmeningkatnyastruktur kristal yang tidak teratur sehingga kristalinitas berkurang. Uji adsorpsilogamCaz* Uji adsorpsizeolit dilakukanterhadap ion logamCa2*.Dalamuji ini zeolitalam(NZ), zeolit yang telah diaktivasi denganHCI 4 M (AZr),6M(Az2),8 M (AZ3)dan10M(AZA) digunakanuntuk mengadsorpsiion logam Caz* denganvariasiwaktuadsorpsi5, 15,60, 90 dan 120 menit. Hasil pengukuranadsorpsi ion logam Ca2*olehNZ, AZI, AZ2, AZ3 danAZA dapat dilihat pada gambar 2, sedangkan kecenderungan adsorpsipadagambar 3.
20,910. Adsorpsi pada AZL ini lebih besar dibandingkandenganNZ, AZZ dan AZ3. Hal ini karenaAZ1 mempunyaipori lebih bersih, yangditandaidengannaiknyakristalinitaspada AZI (tabell). PadaAZI didugaadsorpsiyang tedadi adalah dominan secara fisilg yakni terjerappadaronggazeolit selainoleh adanya sedikitpertukaranion Ca2*. _180
Eroo e '6ua e
3 120
E
Erm
*m o
(, a60 6
5Menit 15Menit 90Menit 120 Menit
Eo o
3 zo o -^
Gambar 3. Kecenderunganadsorpsi zeolit terhadapion logamCaz*
Gambar 2. Adsorpsiion logamCaz"olehNZ, AZl, AZ2, AZ3 danAZA Prosentase adsorpsi pada waltu optimum 60 menit untuk zeolit alam (NZ) adalahpaling rendahyakni sebesu 10,75o/o. Hal ini dimungkinkankarenapadazeolit alam (NZ) masih banyak pengotor-pengotoryang menutupi permukaanzeolit dan juga karena pada zeolit alam belum terbentukgugus aktif silanol akibat alctivasidenganasam sehingga adsorpsi yang berlangsung kurang efektif. Dimungkinkanadsorpsiyangterjadi padazeolit alam (NZ) hanya karenainteraksi fisik, yakni hanyate{ebak padapori zeolit. Peningkatanadsorpsiterjadipadazeolit yang diaktivasidenganHCI 4 M (AZl) yakni
J. Sains& Mat. Vol.17 No.2 April 2009:100-104
Pada aktivasi zeolit dengan HCI 6 M (AAD prosentaseadsorpsisebesar14,610A, yakni lebih tinggi dibandingkan dengan prosentaseadsorpsizeolit alam (NZ). Hal ini dimungkinkan karena dengan penambalran asam HCI konsentrasi 6 M menyebabkan terjadinya dealuminasi, keluamya Al dari kerangka zeolit. Banyaknya gugus^silanol pertukarankation ion Ca". menyebabkan Prosentase adsorpsi bertambah pada aktivasi zeolit denganHCI 8 M (AZ3), yakni menjadi 19,63yuHal ini dimungkinkankarena dengan keluamya Al yang semakin banyak menyebabkanterbentuknyagugusaktif silanol semakin banyak pula. Hal ini menyebabkan semakinbanyakpula gugusaktif silanol untuk dipertukarkandenganCa". Prosentase adsorpsitertinggi terlihat pada aktivasi zeolit denganHCI 10 M (AZa) yakni sebesar24,07yo.Hal ini dimungkinkankarena pada ?*24 gugus aktif silanol paling banyak
103
Artikel Penelitian
terbentuk.KemungkinandengankeluamyaAl yang paling banyak dari kerangka zeolit pori lebih terbukadan dengan menyebabkan begitu ion logam C** yang teradsorpsipada gugusaktif zeolitAZApalingbesar. Penambahan HCI berbagaikonsentrasi mempengaruhi kristalinitasdan adsorpsizeolit alam terhadap ion C*-' Semakin besar konsentrasi HCI yangditambahkan, kristalinitas zeolit alam cenderungmenurun.Kristalinitas yang menurun pada zeolit alam relatif mempengaruhi adsorpsi, yakni adsorpsi menjadi semakin besar. Kecenderungan kenaikan kemampuanadsorpsi zeolit dapat dilihat pada gambar 3. Secara umum, penurunan kristalinitas diduga disebabkan keluamya Al dari kerangka zeolit menyebabkanbanyak gugus silanol yang terbentukdan makin banyakyang bisa ditukar dengan ion C**. Akhirnya kemampuan adsorpsizeolitalammeningkat. SIMPULAI\I Peningkatankonsentrasi HCI padaaktivasi zeolit alam Bayah menyebabkantingkat kristalinitas relatif mengalami perutrunan, Penurunankristalinitaszeolit ini cenderung mengakibatkankemampuan.?dsorpsizeolit terhadap ion logam Ct' mengalami peningkatan. Jumlahteradsorpsi untukzeolit alam (NZ), zeolit teraktivasiAZ1, AZ2, AZ3, dan AZ4 pada waktu 60 Menit berturut-turutadalah 10,75 o/a; 20,9lo/a; | 4,6lVo; 19,63Yo dan24,07o/o.
t
a
4.
5.
6.
7.
DAFTAR PUSTAKA 1. Darmawan , 2A03, Aktivitas Katalis Cr/zeolit dolam realci Konversi Katalitik Fenol dan Isobutil Keton , Jumal Ilmu Dasar.Vol. 4 No. 2:70-76.
Pardoyo, Listisna; Adi D arnaw an: PengaruhPerlakuan HCl....
Filho, N.L.D,, Gushikem, Y. dan Polito, w.L., 1995, MBT-Clay as Sarption and Matrix for Preconcentration of Some Heatry Metals from Aquaeous Solution, Analytica Chimica Acta 306:167-172. Graham, J.H., Andy 8., Colin R., Christopher J.K. dan Ronald M.C., 1997, Dealumination of Mordenite Catalysts Using Alow Concentration of Steam, Department of Chemistry, University of Liverpool. Ismuyanto B, Uswatun H, dan Misbah K, 1998, Studi Kelayakan Zeolit Alan di Daerah Blitar Sebagai Adsorben Untuk Alizarin Red, Jurnal Penelitian, Fakultas MIPA Universitas Brawijaya, Surabaya, Rayalu S. S., Udhoji J. S., Meslram S. U., Naidu dan S. Devotta R. R., 2005, Estimation of Crystallinity in FlyashBased Zeolite-A Using XRD and IR spectroscapy, Environmental Materials Unit, National Environmental Engineerin Research Institute, Nagpur, India. Setyawan, D,, 2042, Pengaruh Perlakuan Asam, Hidratermal dan Impregnasi Logam Kromium pada Zeolit Alam dalam Preparasi Katalis, Jumal llmu Dasar Vol. 3 No. 2,103' 109. S.8., dan Syarifudin, Atastina Praswasti P.D.K., 2004, Penghilangan Kesadahan Air yang Mengandung Ion dengan Menggunakan Zeolit CdAlam Lampung Sebagai Penukar Kation, Jarnal Penelitian, Jurusan Teknik Gas dan Petrokimia FT-UI.
104
